Teorija Evolucije

Izlazak biljaka na kopno

Kao što smo videli u prvom poglavlju ovog teksta, alge su među prvima razvile višećelijske organizme, koji su već imali primitivno stablo (sastavljeno samo od par jedva diferenciranih vrsta ćelija) i rizome, primitivne strukture koje su služile da ih drže pričvršćenim za tlo. Tri glavne prepreke stoje između prelaza tih prvobitnih algi na suvo tlo.
Prvi problem je reprodukcija. Kao i većina drugih eukariota, alge poseduju sposobnost seksualne reprodukcije, u kojoj se jedna ćelija sa dve kopije svakog hromozoma (takozvana diploidna ćelija) razdvaja na dve ćelije sa po jednom kopijom svakog hromozoma (takozvana haploidna ćelija). U vodi, proces reprodukcije je jednostavan: dve haploidne ćelije plivaju kroz vodu, nađu jedna drugu, spoje se u diploidnu ćeliju, i izrastu u novi organizam. Na suvom, ovaj proces je mnogo komplikovaniji.
Drugi problem je tečnost. Alga izbačena na suvo tlo će se ubrzo osušiti, pošto ne poseduje mehanizme koji bi joj omogućili da zadrži vodu unutar stabla.
Treći problem je prenos hranjivih sastojaka. Alge u vodi mogu da upijaju minerale direktno iz vode koja ih okružuje. Na suvom, minerali iz zemljišta moraju nekako biti preneseni do drugih delova biljke.[/font] Razvoj kopnenih biljaka počinje sa razvojem grupe poznate kao Embryophyta, koja se razvila iz veoma sličnih vodenih Chlorophyta, zelenih algi. Prve embriopite su bile biljke koje su rasle samo na veoma vlažnom i stalno kvašenom zemljištu, i bile su visoke samo nekoliko milimetara do maksimalno par centimetara. Ovim su sva tri problema izbegnuta: haploidne ćelije (spermatozoidi) i dalje mogu da plivaju kroz vodu do svog cilja, voda stalno kvasi biljku i donosi hranjive sastojke, a njihov prenos se obavlja kroz statički pritisak vode unutar biljke.
Ali ove biljke su bile veoma osetljive – povlačenje vode je značilo sušenje i smrt. Ovo je ubrzo dovelo do razvoja epiderma, voštanog sloja koji prekriva biljku i sprečava njeno isušivanje. Epiderm predstavlja napredak, ali i problem: prilikom suvog perioda, pošto voda ne može da isparava slobodno iz biljke, ona se na suncu može lako pregrejati. Zbog ovoga, rane embriofite razvijaju drugu ključnu osobinu: stome, parova ćelija koje proizvode kontrolisane pore u lišću, i omogućavaju da voda ipak isparava dovoljno da bi se temperatura mogla kontrolisati.
Rizomi nekih embriofita, osim svoje osnovne funkcije da drže biljku vezanom za jedno mesto, takođe počinju da upijaju minerale iz okolnog zemljišta. Ove strukture su, međutim, i dalje daleko od prvih pravih korena. Sledeci korak osvajanja kopna vidimo kod biljaka koje su pripadale danas izumrloj grupi poznatoj kao Rhyniophyta, u koju spada i biljka poznata kao Cooksonia pertoni (fosil na slici). Arkegonium, organ koji drži “ženske” haploidne ćelije, ostaje vezan za biljku, umesto da bude prosto izložen na površini. Stablo postaje izduženo i dihotomno se grana (jedna grana se razdvaja na dve manje, još uvek nema specijalizovanog lišća), sa muškim seksualnim organom, sporangijom, na krajevima.
Najprostije riniofite (kao što je, recimo, Horneophyton) nemaju nikakav sistem prenosa tečnosti, ali kasnije forme pokazuju prvi razvoj traheida, kanala koji prenose tečnost kroz stablo biljke. Ovi kanali su omogućili biljci da se manje oslanja na pritisak vode, i da više izraste: najveće riniofite su bile i do 20cm visoke. Riniofite su davno izumrle, ali se generalno smatraju direktnim precima svih kopnenih biljaka osim mahovine.
Kasne riniofite, i još neke prelazne grupe iz ovog perioda, (zosterofilofite, na primer) pokazuju dalji razvoj transportnih tkiva do prve diferencijacije između ksilema i floema. Ksilem je prosta serija kanala koji kapilarnim pritiskom vuku vodu iz donjih delova biljke u gornje. Floem je slična serija kanala, koja prenosi šećere proizvedene fotosintezom i minerale u sve delove biljke pomoću osmotskog pritiska.
Lycophyta ssu ovu osnovnu strukturu dovele do maksimuma. Ova grupa biljaka je razvila strukture slične lišću, takozvane mikrofile, koji se sastoje od jednog vaskularnog kanala za prenos tečnosti koji raste van stabla biljke. Mada ni približno onoliko efikasne kao moderno lišće, ovaj sistem je značajno unapredio sposobnost biljke za fotosintezu, i doveo do ogromne eksplozije biljnog života na kopnu u doba Karbona (360-290Ma).
Likofite su počele da proizvode materijale slične ligninu, i da izrastaju u sve čvršća i čvršća stabla. Na vrhuncu razvoja, ogromna stabla ovih biljaka su bila i po 35 metara visoka, i (zajedno sa potomcima likofita o kojima će biti reči u daljem tekstu) prekrivala su kopno ogromnim šumama. Geohemijska merenja pokazuju da je količina ugljen-dioksida u atmosferi u ovom periodu opala sa 3600ppm na oko 300ppm u eksploziji fotosinteze i reakcije silikatnih stena sa organskim kiselinama koje je oslobađao raspad biljnog tkiva. Novi drvenasti materijali su takođe bili nešto novo – jednoćelijski organizmi nisu još bili prilagođeni za njihovo brzo razlaganje. Ovo je dovelo do akumulacije organskog materijala tokom miliona godina, koji je bio prekriven daljim sedimentnim i vulkanskim slojevima, i konačno se pretvorio u ugalj.
Sa razvojem transportnih sistema i drvenastog stabla koje može da podnese veliku visinu i težinu biljke, rešeni su svi glavni problemi osim reproduktivnih. Biljke iz perioda Karbona su se i dalje razmnožavale pomoću spora, koje su zahtevale veliku količinu vlage. Ali i pored toga, biljke su se našle u poziciji u kojoj su im ogromne površine Zemlje postale otvorene za naseljavanje. Naglo širenje je dovelo do nagle radijacije biljaka na ogroman broj različitih osnovnih vrsta; u određenom smislu, kraj Devonskog perioda je period eksplozije kopnenog biljnog života na sličan način kao što je broj životinjskih vrsta eksplodirao u Kambrijskom periodu nekih dve stotine miliona godina ranije.

Equisetopsida je jedna od grupa koje su nastale u ovom periodu. Veoma slične po građi likofitama, ekvisetopside su razvile mikrofile u prvo pravo lišće – mada je ono još uvek bilo veoma primitivno u poređenju sa lišćem modernih biljaka. Ove biljke su se u periodu Karbona razvile na više strana; neke su postale ogromne, sa stablima visokim i do 30m, dok su druge rasle u obliku žbunja. Početkom Perma, dolazi do masovnog istrebljenja u kome nestaje preko 90% životinjskih vrsta na zemlji, a zajedno sa njima umiru i ogromne Karbonske šume. Ekvisetopside će opet postati značajne tokom kratkog perioda u toku Trije, ali će zatim nastaviti da odumiru. Danas je od cele ove ogromne grupe biljaka preživelo samo dvadesetak vrsta iz jednog roda, Equisetum, u narodu poznat kao “konjski rep”.

Pteridopsida, grupa koja uključuje paprati i još nekoliko izumrlih grupa biljaka, su bile bolje sreće. Ogromne paprati, i do deset metara visoke, su vladale šumama tokom doba dinosaurusa, a značajan broj vrsta je preživeo sve do danas, prevashodno u kišnim šumama. Paprati su razvile prosto lišće kakvo vidimo kod ekvisetopsida u karakteristične široke multitubularne izraštaje koje danas prepoznajemo. Korenje, koje je počelo da se razvija u glavni absorptivni organ još kod ranih likofita, kod paprati postaje potpuno razvijeno. Vaskularni sistem i slojevita struktura lišća takođe postaju daleko razvijenije nego bilo šta viđeno kod prethodnih vrsta.
Progimnosperme su ključna vrsta iz ovog perioda, pošto su one najverovatniji preci današnjih biljaka sa semenom. Kod ove grupe se prvi put pojavljuje pravo drvo, koje je sačinjeno od sekundarnih slojeva vaskularnog tkiva. Drugim rečima, kanali koji prenose hranjive materije i vodu rastu i razvijaju se u mnogo debljim slojevima nego kod drugih biljaka, i kada se konačno sasuše, postaju strukturalna podrška za težinu biljke. Takođe, struktura ksilema poseduje perforacije koje su veoma slične onima koje vidimo kod četinara.
Ove biljke su se, međutim, i dalje razmnožavale pomoću spora, i njihovo lišće je po građi bilo veoma slično papratima.

Spermatophyta biljke sa semenom

Spermatophyta su grupa biljaka sa kojima je današnji čovek najbolje upoznat. Ova grupa danas obuhvata ogroman broj vrsta, od trave do hrastova, ali je u prvom delu svoje istorije igrala relativno malu ulogu u opštoj slici zemaljske flore.
Najstarije biljke sa semenom su vrste paprati, takozvane “semene paprati”; najstariji poznat fosil je Elkinsia polymorpha. Ova grupa biljaka je razvila primitivno seme (bez cvetova, šišarki, ili bilo kakvih drugih kompleksnih struktura) prostom modifikacijom lišća: list bi izrastao oko semena, osušio se i očvrsnuo. Za razliku od spora, seme je otpornije na promene u temperaturi i vlažnosti, zaštićenije je od mikroorganizama i drugih oblika života koji mogu da ga napadnu, i može da odloži period rasta do trenutka kada su uslovi pogodni.
Na vrhu ovog primitivnog semena se nalazio otvor, mikropil, kroz koji je “muška” spora prolazila da bi oplodila seme. Paralelno sa razvojem strukture semena, struktura spora se menjala i postajala sve sličnija polenu. Kod kasnijih spermatofita, odmah ispod mikropila se razvija komora obložena lepljivom tečnošću koja pomaže da se polen “zarobi” – prvi početak današnjeg nektara.

Semene paprati su potpuno izumrle do danas, kao i nekoliko drugih grupa grupa spermatofita iz ovog ranog perioda (npr. Medullosales). Međutim, njihovi potomci će postati najuspešnije biljke u istoriji života na Zemlji.
Cycadophyta, ili cikade, su prva klasa potpuno razvijenih spermatofita nazvanih gimnosperme (“golo seme”). Sa mnogim osobinama paprati (svo lišće raste iz jednog centra), ali i sa semenjem, ove biljke su se naglo razvile u toku perioda Trije, kada je klima postala mnogo suvlja i toplija, i u velikoj potisnula biljke koje su zavisile od spora. U toku perioda Jure, oko jedna petina svog kopnenog biljnog života su bile cikade. Mada je većina vrsta izumrla u toku perioda Krede, mnoge vrste su opstale i do danas. Glossopteridae su misteriozna grupa biljaka koja je bila prisutna u toku zadnjeg dela Perma i ranog dela Trije – misteriozna zato što do dana današnjeg niko nije siguran kako su biljke iz ove grupe izgledale. Iz nekog razloga, njihova stabla se nisu fosilizovala u celini, već u sitnim komadima koje niko ne zna kako da uklopi u celinu. Dve stvari čine glosopteride zanimljivim za našu analizu. Prvo, njihovo lišće je pokazuje liniju kidanja, pomoću koje se lišće listopadnog drveća odvaja od stabla. Mnogo važniji, međutim, je njihov način razmnožavanja. Muški organi sa polenom su se nalazili na zadnjoj strani lišća, slično kao kod paprati; ali ženski organi su kod nekih vrsta bili grupisani unutar posebne vrste lišća koja se savijala oko njih čineći primitivan cvet.
Sledeća značajna grupa su Ginkgophyte, koje su se odvojile od cikadolikih predaka i razvile šire lišće i mesnatije seme. Ginkofite pokazuju prve znake zaštite semena od životinja: prilikom truljenja, seme oslobađa veliku količinu butirne kiseline, što ga čini veoma smrdljivim, a mesnati deo sadrži značajnu količinu cijanida. Takođe, potpuno je sigurno da se radi o listopadnom drveću.
Ova grupa biljaka je bila veoma uspešna tokom Mezozoika, sa šesnaest poznatih rodova i ogromnim brojem različitih vrsta. Najveći broj njih je, međutim, nestao zajedno sa dinosaurusima, a preostale vrste su se polako gasile jedna za drugom tokom Kenozoika. Rani naučnici su dugo smatrali da je ova čitava klasa potpuno izumrla, i bili su skoro u pravu – od šuma ginkofita koje su prekrivale kontinente, od desetina različitih vrsta, preživelo je samo sedam stabala vrste Ginkgo biloba. Tih sedam stabala je otkriveno krajem osamnaestog veka u jednom budističkom manastiru u istočnoj Kini, i njihovo seme je odmah rašireno širom sveta. Danas je Ginkgo biloba jedno od najčešce gajenih ukrasnih stabala na svetu, sa raznim medicinskim primenama. Grupa sporofita poznata kao Cordiatales je davno izumrla, ali je važna za našu diskusiju pošto predstavlja prelazni oblik u razvoju četinara. Lišće je i dalje veliko, ali postaje izduženo, sa vaskularnom strukturom sličnom današnjim četinarima. Razvoj ploda se odigrava u posebnim lisnatim izraštajima: posebno lišće raste tako da se preklapa jedno sa drugim, dok se plod nalazi između lisnatih slojeva. Ovo lišće se verovatno sušilo i postajalo čvrsta zaštita za plod, iz koga ga životinje nisu mogle lako izvući (ptice još nisu postojale, tako da nije bilo ni kljunova koji su mogli da iščupaju plod iz takve ljušture).
Kod coniferophyta, četinara, lišće postaje manje i gušće, sa češćim grananjem. Lisnata ljuštura se razvija i očvršćuje, dok kod kasnijih, razvijenih četinara ne postane ono što danas nazivamo šišarka (mnogi primitivniji četinari i dalje imaju ljušturu koja je na pola puta između lisnate ljuske Cordiatalesa i modernih šišarki). Slojevi voska oko epiderma postaju deblji, a površina lišća se smanjuje. Unutrašnje tečnosti postau bogate smolom, koja deluje kao antifriz i omogućava drveću da lakše preživi u veoma hladnim krajevima. četinari su na osnovu ovih adaptacija zauzeli ogromne hladne oblasti i formirali tajge kakve vidimo i danas.
Gnetophyta je rod biljaka koji pokazuje neobičnu mešavinu osobina gimnospermi i angiospermi (sledeće poglavlje), što je dovelo do nekih teorija da su biljke iz ovog roda prelazni oblik između ove dve grupe. Međutim, moderne genetske analize pokazuju veću srodnost sa četinarima nego sa cvetnim biljkama, što je potvrđeno novijim fosilnim nalazima koji početak angiospermi stavljaju u doba Trije. Po ovoj novijoj interpretaciji, Gnetofite su se odvojile od predaka angiospermi na samom početku mezozoika. Implikacija ovoga je da su mnoge osobine današnjih angiospermi, uključujući tu i dvostruku oplodnju (jedno zrno polena oslobađa dva spermatozoida, jedan da oplodi jaje, drugi da izraste u endosperm, izvor energije za rast semena), nastale veoma rano u razvoju biljaka Nekoliko vrsta gnetofita je preživelo do danas. Najpoznatiji predstavnici su Welwitschia mirabilis, biljka sa najvećim lišćem na svetu, i efedra, poznata po svom ekstraktu koji se koristi za povećanje metabolizma i mršavljenje (ovaj ekstrakt je u zadnjih nekoliko godina postao zloglasan i zabranjen na nekim tržištima, pošto može da izazove srčane udare).

Angiosperme

Angiosperme su dugo bile misterija sa stanovišta fosilnog zapisa; najranije vrste iz ove grupe nisu bile drvenaste, i veoma retko su se fosilizovale. Međutim, u zadnjih dvadesetak godina je nađeno nekoliko fosila vrsta koje pokazuju mnoge primitivne osobine angiospermi, tako da slika polako postaje sve jasnija. Molekularne analize takođe pomažu da se razluči stablo razvoja angiospermi.
Sanmiguelia je ključni fosil u ovom prelazu. Ovaj fosil iz kasnog perioda Trije pokazuje mnoge osobine kasnijih angiospermi, uključujući dvostruku oplodnju, organizovani kambijum u centru stabla, i sa jasno razvijenim sekundarnim rastom. Što je još značajnije, Sanmiguelia pokazuje mešavinu osobina dikotila i monokotila, dve osnovne klase angiospermi. Cvetolike strukture su veoma slične šišarkama angiospermi, jedva nešto više od lišća koje raste u povezanom obruču; ali svi potrebni elementi za buduće cvetove su prisutni.
Archaeofructis je biljka iz perioda Jure sa daljim razvojem ka modernim cvetnim biljkama. Organizacija organa za razmnožavanje odgovara cveću, i polen je na izduženim stamenima. Niz drugih osobina koje se pojavljuju kod kasnijih angiospermi je takođe prisutan, ali su prisutne i razlike koje sprečavaju da se Archaeofructis smatra prvom pravom angiospermom.

U periodu Krede dolazi do eksplozije različitih vrsta angiospermi, u razmerama koje daleko prevazilaze okvire ovog teksta. Verovatan razlog za ovo je koevolucija insekata. Insekti su počeli da napadaju i jedu plodove angiospermi od samog početka: najbolji fosil Sanmiguelie ima jasno vidljive tragove ujeda insekta blizu osnove ploda. Mada su angiosperme još dugo vremena nastavile da se oslanjaju prevashodno na vetar za prenos polena, insekti su postajali sve važniji. Najverovatniji razlog za naglu eksploziju angiospermi u toku Krede je upravo ova koevolucija, ili konkretnije, razvoj slatkog nektara sa svrhom da mami insekte ka polenu.
Desetine fosila iz ovog perioda pokazuju rani razvoj cveća (razlika između monokotila i dikotila je već ustanovljena do ove tačke, i poznata je samo iz implikacija mešavine osobina kod Sanmiguelie i iz molekularnih analiza), ali mnoge primitivne četinarske osobine su opstale sve do danas. Konkretno, magnolije, koje su među najprimitivnijim cvetnicama, imaju veoma primitivan cvet i plod koji je veoma sličan šišarkama (ne samo po spoljnom izgledu, već i po unutrašnjoj građi i po genetskoj stukturi).

9. Žirafe, kitovi, konji i druge napomene

Pošto je namena ovog teksta da ukaže na greške i neznanje u kreacionističkim tvrdnjama o prelaznim fosilima, vredi ukratko odgovoriti na još nekoliko takvih tvrdnji koje se često pojavljuju.

Vrat Žirafe

Vrat žirafe je jedan od najboljih primera evolutivnog razvoja koji nema priliku da nalazi najbolje rešenje za problem, već mora da radi sa sistemima koji su već prisutni.
Svi sisari, uključujući tu i žirafe, imaju sedam vertebri u vratu. Kod žirafa, ove vertebre su prosto daleko veće. Uporedimo ovo za trenutak sa pticama, koje sve imaju četrnaest vertebri. Kolibri, kome bi dobro došlo da ima samo sedam vertebri u vratu, ima četrnaest. Žirafa, kojoj bi dobro došlo da ima četrnaest, ima sedam. Obe ove životinje su ili produkt stvoritelja koji nije dobio baš najbolje ocene iz inžinjeringa, ili su produkt evolucije.
Zbog ovog ograničenja u broju vertebri, žirafe imaju ogromne probleme sa pokretljivošću vrata, pogotovo kada moraju da se sagnu da bi pile vodu. Starije žirafe često ginu na pojilu zato što ne mogu dovoljno brzo da se isprave kada budu napadnute od strane mesoždera. Ako se noge suviše rašire, žirafa pada na zemlju i više ne može da ustane.

Možda najbolji primer preostataka iz evolucionog razvoja je vagus nerv, koji povezuje mozak sa grlom. Ovaj nerv, međutim, je u jednom delu evolucije išao ispod aorte, i taj pravac razvoja je ostao fiksan kroz evoluciju...sve do žirafe. Tako danas u žirafi nerv ide od mozga niz vrat do aorte u telu, ispod aorte, pa uvis kroz pola vrata nazad do larinksa...preko tri metra potpuno nepotrebne dužine.
I pored svega ovoga, neki kreacionisti tvrde da je dizajn vrata žirafe “toliko savršen”, da nije nikako mogao nastati evolucijom. Na takve izjave, biolozi mogu samo da se nasmeju.
Druga najčešća tvrdnja u kreacionističkoj literaturi je da nema nikakvih tragova da je ikada postojala vrsta čiji vrat bi bio na pola puta između antilope i žirafe. U odgovor na ovo, jedna slika (mužjak gerenuka, vrste bliske žirafama) je možda i najbolji mogući odgovor.

Prsti konja

Tokom prvih pedeset godina prošlog veka, evolutivni niz u razvoju konja je bio među najbolje poznatima, tako da je često korišćen kao primer u udžbenicima biologije. Iz tog razloga se takođe često nalazio na meti napada kreacionista, koji su se upinjali da dokažu da tu nema nikakve evolucije.
Tri tvrdnje su posebno česte. Prva je da su fosili Hyracotheriuma, prvog pretka konja, nađeni u istom sloju u kome su nađeni ostaci modernih konja. Ova tvrdnja nije problematična za evoluciju – kao što je objašnjeno u uvodu, originalna vrsta može da preživi i duže nego vrste koje su se odvojile od nje – tako da ova krecionistička tvrdnja pada u vodu kao argument bez obzira na bilo kakve druge probleme. Međutim, u ovom konkretnom slučaju ti problemi su veoma zanimljivi. Naime, pošto se ova tvrdnja pojavljuje toliko često u kreacionističkoj literaturi, nekoliko biologa je počelo da traži mesto na kome se pominje nalaz Hyracotheriuma u istom sloju sa modernim konjima. I pored sve potrage, i pored kopanja kroz kreacionističke izvore...nikakva dokumentacija o takvom nalazu nikada nije pronađena. Drugim rečima, ovo je samo još jedan primer tvrdnje koju je neki kreacionista izmislio pre ko zna koliko decenija, i koju drugi kreacionisti i dan danas ponavljaju bez provere.
Druga tvrdnja je da prelazni fosili konja zapravo nisu prelazni fosili pošto nema prelaznih fosila između prelaznih fosila. Recimo, jedan domaći kreacionista tvrdi da se “jednoprsti brstioci poput Equus-a javljaju iznenada, bez posrednika koji pokazuje postepenu evoluciju iz troprstih”. Ovo je rezultat pisanja teksta o fosilima bez da se ti fosili prvo pogledaju

Vodene krave, doslovno

Kada je Gingrič 1979. godine našao fosil lobanje Pakicetusa, paleontolozi su sa velikim uzbuđenjem krenuli u izučavanje ove prelazne vrste između kopnenih sisara i kitova. Uzbuđenje je poraslo i među kreacionistima, koji su se požurili da objave čitave knjige o “nepremostivim problemima u evoluciji kitova”. Thevisen je 1995 godine našao lobanju Ambulocetusa, još jednu kariku u lancu. Kreacionisti su se opet požurili da objave gomilu materijala na tu temu, fokusiranu oko činjenice da je originalni izveštaj naučnika opisivao samo lobanju. Ono što su propustili da primete je pominjanje čitavog skeleta, uključujući tu i zadnje udove, čija analiza je objavljena dve godine kasnije, iz veoma jednostavnog razloga – nakon iskopavanja i čišćenja lobanje, toliko vremena je bilo potrebno da se iskopaju i pažljivo očiste preostale kosti.
I dan danas, praktično svi kreacionistički sajtovi sadrže tekstove o “nekompletnim fosilima”, i o “rupama u fosilnom zapisu”. U silnoj strci da se evolucija kritikuje zato što suviše zaključaka izvlači samo iz lobanje, kreacionisti su propustili da primete da su otkrivena dva skoro kompletna skeleta vrsta veoma srodnih Pakicetusu. Sa strane možete videti kako trenutno poznata linija razvoja kitova izgleda trenutno. Još četiri važna fosila su nađena u periodu nakon što je ova shema nacrtana, i rezultati će biti objavljeni u toku sledećih nekoliko godina.
Razvoj kitova počinje od mesoždera iz grupe mezonikida, kao što je Dissacus. Ova grupa je kroz nekoliko koraka (važni prelazni fosili su Eoconodon i Microclaenodon) evoluirala raspored zuba sličan današnjim kitovima.

Vodeni život počinje sa vrstom srodnom Hapalodectes, koja je po izgledu bila donekle slična današnjim vidrama. Stopala su prilagođena za naizmenično trčanje i plivanje, zubi imaju strukturu koja inače postoji samo kod morskih sisara.
Pakicetus je i dalje slična prethodnim mesožderima. Uvo pokazuje znake adaptacije za slušanje u vodi, ali i dalje je veoma kopneno (nema zaštite od promene pritiska, niti sistema za podvodnu lokalizaciju, tako da životinja nije mogla dobro da čuje pod vodom). Verovatno se radi o amfibijskom sisaru koji je najveći deo života ipak provodio na tlu. Nozdrve su okrenute unapred. Izdužena vilica i kreste na lobanji su slične kitovima.

Ambulocetus natans je prvi ključni prelazni fosil. Običan dugački sisarski rep, četiri kratke noge, zadnje noge sa velikim, proširenim stopalima sličnim perajima. Verovatno se radilo o životinji sličnoj današnjim morskim lavovima. Lobanja veoma kitolika, sa tipičnom izduženom njuškom koju vidimo kod današnjih delfina. Nozdrve su još uvek na istom mestu kao i kod drugih sisara.

Rodhocetus je drugi ključni prelazni fosil. Građa identična Ambulocetusu, osim što su zadnje noge zakržljale skoro do neupotrebljvosti. Verovatno je mogao da puzi po zemlji, ali nije više mogao da zaista hoda. Razvija masivan rep za plivanje.

Basilosaurus nije direktan predak današnjih kitova, ali je vrlo srodna vrsta čiji fosili pokazuju dalju specijalizaciju. Radi se o skoro potpuno kitolikoj životinji, ako se ignoriše postojanje zakržljalih i sada već potpuno neupotrebljivih zadnjih udova. Rep pokazuje tragove postojanja repnog “peraja” kakvo imaju kitovi. Nozdrve se stapaju u jednu rupu koja se pomera više uz vilicu.
Dorudon atrox je vrsta koja je živela u istom periodu kada i Basilosaurus, i verovatno jeste predak svih današnjih kitova. Zadnje noge su još manje nego kod Basilosaurusa, druge osobine su skoro identične. Ista situacija je sa još nekoliko sličnih vrsta nađenih u ovom periodu: radi se o kitovima sa zadnjim nogama. Ove zadnje noge su, iako zakržljale, i dalje bile funkcionalne: koleno je još uvek postojalo i funkcionisalo, kao i prsti.

Opet vredi napomenuti da su ovde u pitanju samo fosilni dokazi. Druge životinje iz familije mezonikida (prvih pomenutih predaka kitova) su postale preci današnjih ungulata. Genetski dokazi pokazuju razlaz upravo u periodu na koga ukazuju fosilni dokazi. Pored velikog broja fosilnih kitova sa zakržljalim nogama, i čak današnjih kitova koji još uvek imaju malu “ploveću” kost, poslednji ostatak pelvisa, tu su i drugi atavizmi: kitovi i dalje imaju ostatke sisarskog čula njuha, na primer.
Embriološki dokazi, paleoekološki dokazi, paleobiogeografski dokazi...sve informacije koje dobijamo iz ovih nezavisnih grana naučnog istraživanja potvrđuju zaključke izvedene na osnovu fosilnog zapisa.

Otkud glodari?

Mnogi kreacionisti citiraju Romera i druge paleontologe koji su u tekstovima iz sedamdesetih godina raspravljali razne teorije o poreklu glodara. Ono što kreacionisti izbegavaju da kažu je da je čak i tada jaz bio veoma mali: bili su poznati fosili veoma slični glodarima, kao i fosili raznih glodara iz kasnog Paleocena. Jedino što nije bilo nađeno su fosili koji bi pokazali prve korake nekih primitivnih glodarskih osobina (kao što je građa zadnjih nogu prilagođena za skakutanje).
No, stara pesma opet: kreacionisti citiraju izvore stare četrdeset i više godina zato što su se stvari u međuvremenu promenile.
Fosili Anagale i nekoliko srodnih vrsta iz sredine Paleocena poseduju zube koji pokazuju prve znake produženja u formacije koje vidimo kod današnjih glodara. Skelet je još uvek tipičan za rane sisare, ali građa peta se menja i postaje slična zečijoj. Prednji zubi i dalje spojeni.
Heomus, malo kasnije u sredini Paleocena, zajedno sa čitavom grupom vrsta poznatom kao eurimiloidi. Gube se očnjaci, zubi postaju još sličniji glodarima, gleđ postaje deblja sa prednje strane zuba, javlja se razmak među prednjim zubima.
Sledi Tribosphenomys, kod koga vidimo konačni ishod razvoja glodarskih zuba (stalni rast prednjih zuba, i tipična građa). Verovatni koren svih modernih glodara.
Acritoparamys je prvi primitivni glodar koji je potpuno poznat. Još uvek mnoge preostale osobine ranih sisara, ali noge više prilagođene za skakutanje.
Paramys i ostale vrste iskiromida (kasni Paleocen) je pra-glodar sličan vevericama, ali bez adaptacije za život u drveću. Primitivna vilica (čije osobine ostaju i kod današnjih veverica), glodarski prednji zubi, ostali zubi još uvek slični primitivnim sisarima.
Od ove tačke počinje razlaz glodara na njihove osnovne podgrupe, i veoma bogat fosilni zapis prelaznih oblika.

Radiometrijske metode datiranja


Predgovor

Radiometrijsko datiranje – postupak određivanja starosti stena na osnovu radioaktivnog raspada pojedinih elemenata – u širokoj je upotrebi već više od pola veka. Do danas je usavršeno preko 40 ovakvih postupaka gde svaki koristi različit radioaktivni element ili različitu metodu merenja njegovog sadržaja. Do danas je takođe postalo sasvim jasno da različite metode daju međusobno saglasne rezultate te koherentnu sliku prema kojoj je planeta Zemlja nastala veoma davno. Dalja potvrda njihove pouzdanosti potiče od potpune saglasnosti rezultata dobijenih ovim metodama sa rezultatima drugih metoda određivanja starosti kao što su godovi drveta ili ledena jezgra. Mnogi hrišćani navedeni su da sumnjaju u pouzdanost radiometrijskih metoda datiranja i ne znaju ništa o brojnim laboratorijskim merenjima koja dokazuju konsistentnost pomenutih metoda. Mnogi takođe ne znaju da se u rad na radiometrijskom datiranju neretko aktivno uključuju i hrišćanski vernici.

Ovaj tekst relativno jednostavno opisuje kako rade pojedine radiometrijske metode, sa kolikom tačnošću se određuju vremena poluraspada radioaktivnih elemenata te starost samih stena, i kako se nalazi jedne metode proveravaju merenjima obavljenim nekom drugom metodom. Takođe su razobličene neke od najčešćih zabluda o ovoj materiji prisutnih među hrišćanskim vernicima. Ovaj tekst je dostupan na Internetu preko Američkog naučnog udruženja (American Scientific Affiliation) i srodnih sajtova a cilj mu je da podstakne veće razumevanje ovog važnog pitanja, naročito unutar hrišćanskih krugova.

Uvod

Rasprave o starosti Zemlje ponekad su uzrok razdora za ljude, posebno one koji Bibliju smatraju Reči Božjom. Iako se u Bibliji starost Zemlje nigde ne pominje, ona je od velike važnosti jer oni koji veruju u striktno doslovno tumačenje prvih poglavlja knjige Postanka mogu da izračunaju približnu starost Zemlje sabiranjem godina života svih likova pobrojanih u geneologijama. Prema ovoj analizi, i prihvatajući doslovnu interpretaciju Nedelje stvaranja, čak i ako su neke generacije izostavljene iz geneologija, starost planete Zemlje bi bila manja od 10,000 godina.

Radiometrijske metode datiranja pokazuju da je Zemlja hiljadama puta starija od toga - približno 4,5 milijardi godina. Mnogi hrišćani prihvataju ovo gledište i tumače Postanak na manje doslovan način. Ipak, s druge strane, neki hrišćani smatraju da su radiometrijske metode datiranja nepouzdane, pogrešno interpretirane ili u najmanju ruku zbunjujuće. Nažalost, brojna stručna literatura na ovu temu koja je dostupna hrišćanima je netačna ili teška za razumevanje, te se konfuzija oko stvarne starosti Zemlje nastavlja.

U nastavku ovog teksta videćete opširan pregled metoda datiranja, nekoliko praktičnih primera, a biće reči i o tome do koje mere različite metode datiranja daju podudarne rezultate. Cilj ovog teksta je postizanje većeg razumevanja ove materije, posebno unutar hrišćanske zajednice. Mnogi ljudi su navedeni da sumnjaju u nalaze radiometrijskih metoda, bez da im se pruži prilika da ih razumeju. Na primer, mnogi ljudi ne znaju da se metoda ugljenik-14 (C-14) u opštem slučaju vrlo retko koristi za određivanje starosti stena. Bog nas je pozvao da budemo “mudri kao zmije” (Mateja 10:16), čak i u ovom tehnološkom dobu. Uprkos tome, različiti pogledi još uvek postoje unutar Crkve. Nesuglasice oko starosti Zemlje su relativno mala stvar u okviru celog hrišćanstva. Važno je da se složimo o prirodi Stvoriteljevoj, radije nego o prirodi njegovog stvorenja. Ali pošto nas je Bog pozvao na mudrost, ovo pitanje je svakako vredno proučavanja.

Opšti pregled


Stene su sačinjene od mnogobrojnih sitnih kristala, a svaki od njih se obično sastoji od nekoliko hemijskih elemenata poput gvožđa, magnezijuma, silicijuma itd. Većina ovih elemenata su u prirodi stabilni i ne menjaju se tokom vremena, ali postoje i određeni elementi čija atomska struktura u normalnom stanju nije stabilna. Atomi pojedinih elemenata imaju osobinu da se tokom vremena pretvore u atome drugog elementa. Ovaj proces naziva se radioaktivni raspad, dok se ti elementi zovu radioaktivni elementi.
Ako postoji mnoštvo atoma originalnog elementa (uobičajeni naziv je element roditelj), njegovi atomi će se pretvarati (raspadati) u atome drugog elementa (element ćerka) predoređenom brzinom ili stopom raspada. Na osnovu tih postavki izvodi se zaključak kako se protok vremena može meriti u skladu sa smanjenjem broja atoma elementa roditelja i povećanjem broja atoma elementa ćerke.

Radiometrijsko datiranje može se uporediti sa procesom koji se odigrava u peščanom časovniku. Kada se peščani časovnik okrene, pesak curi iz gornjeg dela u donji. Atomi radioaktivnih elemenata su poput zrna peska u časovniku – kako se smanjuje broj zrna peska u gornjem delu (ili roditeljskom elementu), tako raste broj zrna u donjem delu (odnosno broj atoma elementa ćerke). Iako je nemoguće predvideti kada će određeno zrno peska pasti iz gornjeg dela u donji deo peščanika, može se sa velikom preciznošću izračunati koliko je vremena potrebno da bi ceo pesak iscureo. Kada se ovo dogodi, peščanik prestaje da meri vreme sve dok se ponovo ne okrene. Slično ovome, kada se svi atomi elementa roditelja pretvore u atome elementa ćerke, stena prestaje da “meri” vreme i proces može početi iznova jedino ako se u njoj nađe nova količina originalnog radioaktivnog elementa

Za razliku od peščanika gde je brzina isticanja peska konstantna tokom celog procesa, broj novonastalih atoma elementa ćerke opada kako se smanjuje broj atoma roditeljskog elementa (Slika 1). Ako je potrebno određeno vreme za radioaktivni raspad polovine ukupnog broja polaznih atoma, isto toliko vremena će biti potrebno da se raspadne polovina od preostale polovine (ili četvrtina početnog broja). U sledećem ciklusu raspašće se polovina od ove preostale količine ili osmina početnog broja. Nakon deset ovakvih ciklusa preostane manje od jednog hiljaditog dela početnog broja roditeljskog elementa. Vreme koje je potrebno da se polovina atoma originalnog elementa radioaktivno raspadne i pretvori u atome elementa ćerke, naziva se period poluraspada i on je jedinstven (unikatan) za svaki radioaktivni element. Jednačina kojom se izračunava broj atoma roditeljskog elementa vrlo je jednostavna a njen oblik je eksponecijalan. Uprkos mnogim nemuštim pokušajima da se dokaže suprotno, do sada nije zabeležen slučaj da ponašanje nekog radiokativnog elementa odstupa od ovog fundamentalnog pravila.

Takođe, za razliku od peščanika, pri radiokativnom raspadu nemoguće je promeniti brzinu (stopu) kojom se atomi roditeljskog elementa transformišu u atome elementa ćerke. Ako protresete peščanik, nagnete ga pod drugačijim uglom ili stavite u vozilo s velikim ubrzanjem, promeniće se vreme potrebno da pesak pređe iz jednog dela u drugi . Radioaktivni elementi su, sa druge strane, bili podvrgnuti ekstremno visokim i niskim temperaturama, pritiscima, ubrzanjima i jakim hemijskim reakcijama - svim uslovima za koje se može pretpostaviti da su delovali na običnu stenu bilo gde u Zemljinoj kori. Nije zabeležena pomena vredna promena u stopi raspada1.

[size=-1][/size]

Peščanik će tačno pokazivati proteklo vreme jedino ako je potpuno izolovan od okoline. Ako se u staklu pojavi rupa kroz koju pesak može da iscuri napolje ili dodatni pesak uđe unutra, peščanik će pogrešno meriti vreme. Slično tome, stena kojoj se određuje starost mora biti potpuno zaštićena od gubitka ili dodavanja bilo roditeljskog elementa bilo njegovog elementa ćerke. Ako dođe do ovakvog poremećaja, metode određivanja starosti daće pogrešan rezultat. Kao što će biti objašnjeno kasnije u ovom tekstu, većina modernih metoda za određivanje starosti stena ima veoma dobre načine kojima se utvrđuje da li je ikada u prošlosti došlo do ovakve neželjene kontaminacije i u tom slučaju se uzorak odbacuje.

Peščanik meri koliko je vremena proteklo od trenutka kada je okrenut (u stvari, svaki peščanik meri tačno određen interval vremena, npr. dva minuta koliko je potrebno da sav pesak iscuri, tako da ova analogija nije savršena). Radiometrijsko datiranje (odnosno određivanje starosti) takođe govori koliko je vremena proteklo od određenog događaja u prošlosti. Za stene nastale tokom vulkanskih erupcija, taj događaj je obično hlađenje stene i njen prelazak iz stanja tečne lave ili magme u čvrsto stanje. U drugim slučajevima, taj događaj može biti ponovno zagrevanje stene kada se ona nađe na velikoj dubini u Zemljinoj kori (gde su temperature obično veće od 1000°C), kada se dugo zakopana stena nađe na površini (npr. pomeranjem glečera), ili trenutak smrti biljne ili životinjske jedinke.

Radiometrijski časovnici


Do danas je usavršeno preko 40 različitih metoda radiometrijskog datiranja, od kojih je svaka zasnovana na drugačijem radioaktivnom izotopu2. Neki od tipičnih roditeljskih elemenata i elemenata ćerki, i njihovi periodi poluraspada, navedeni su u Tabeli 1. Kao što se iz tabele vidi, postoje ogromne razlike u dužini perioda poluraspada između pojedinih izotopa. Izotopi sa dugim periodama poluraspada veoma sporo se transformišu u stabilne elemente te su stoga pogodni za datiranje veoma starih stena. Izotopi sa kratkim periodima poluraspada ne mogu se koristiti u ovom slučaju zato što su se svi roditeljski atomi odavno raspali, nešto nalik peščaniku koji je ostavljen da stoji veoma dugo nakon što je sav pesak prešao u donji deo. Izotopi sa kratkim periodima poluraspada su stoga pogodniji za datiranje relativno skorijih događaja, i metode datiranja koje ih koriste (poput metode ugljenik-14) po pravilu su preciznije. Adekvatno poređenje bila bi upotreba štoperice umesto zidnog časovnika da se izmeri vreme u trci na 100 metara. S druge strane, za merenje perioda od nekoliko nedelja ili meseci koristili bismo kalendar a ne ručni sat.

Logično bi bilo zapitati se kako su izmereni periodi poluraspada, naročito oni dugi milione ili milijarde godina? Ovo je obavljeno neposredno, bilo pomoću radiokativnog detektora kojim se beleži broj atoma koji se raspadne u jedinici vremena od unapred poznate količine roditeljskog elementa ili merenjem odnosa broja atoma elementa ćerke i roditeljskog elementa u uzorku koji je originalno sadržavao samo roditeljski element. Prvi pokušaji da se radioaktivno datiranje upotrebi za određivanje starosti stena izvedeni su početkom XX veka ali je napredak na tom polju bio relativno spor sve do četrdesetih godina. Za više od pola veka, koliko je proteklo od tada, obavljeno je bezbroj merenja vremena poluraspada različitih elemenata, a same metode merenja neprekidno su usavršavane. Iako je npr. broj atoma renijuma-187 koji se radioaktivno raspadnu za 50 godina neznatan delić početne količine, broj novonastalih atoma osmijuma-187 može se odrediti veoma precizno. Treba se prisetiti činjenice da jedan gram radioaktivnog materijala sadrži oko 1021 (1 i 21 nula iza) atoma. Čak i ako se samo jedan trilioniti deo ovog broja atoma raspadne u toku jedne godine, to je još uvek milionski velik broj, a svaki od ovih atoma može biti prebrojan uz pomoć radioaktivnog detektora. Preciznost vremena poluraspada koja su navedena u Tabeli 1, veoma je velika. Sva vremena poluraspada poznata su do nivoa greške od ±2%, izuzev za renijum (±5%) te lutecijum i berilijum (±3%). Nema dokaza da su se ova vremena menjala tokom istorije. U stvari (a o tome će biti reči nešto kasnije) postoje vrlo snažni dokazi da se vremena poluraspada nisu uopšte menjala milionima i milijardama godina.

Primeri radiometrijskih metoda datiranja koje se koriste na vulkanskim stenama

Pozabavimo se sada metodama za određivanje starosti stena i time kako one rade. Setimo se podatka koji je ranije pomenut da se kao početni događaj od koga se računa starost stene vulkanskog porekla uzima trenutak njenog hlađenja i prelaska u čvrsto stanje. Kada se tečna vulkanska lava ohladi i očvrsne, njeni atomi ne mogu više slobodno da se kreću. Atomi elementa-ćerke koji se konstantno stvaraju u procesu radioaktivnog raspada hlađenjem stene “zamrznuti” su na mestu gde su nastali unutar stene. Ovi atomi su nalik zrncima peska koja se talože u donjem delu peščanika. Određivanje starosti stene je proces koji se izvodi u dve faze. Prvo se odredi broj atoma elementa ćerke u datom uzorku stene kao i broj atoma roditeljskog elementa. Znajući vreme poluraspada za dati par elemenata roditelj-ćerka, može se odrediti vreme koje je proteklo do nastanka takvog odnosa između ta dva broja. Međutim, u praksi proces nije tako jednostavan. Za početak, ne može se naprosto pretpostaviti da u početnom trenutku u steni nije bilo atoma elementa ćerke. Postoje slučajevi kada je ova pretpostavka sasvim opravdana, ali obično je neophodno tačno utvrditi početni broj atoma elementa ćerke kako bi se moglo obaviti precizno određivanje starosti stene. Svaka radiometrijska metoda bavi se ovim problemom na različit način. Zbog toga su neke metode pogodnije od drugih za datiranje određenih vrsta stena, zavisno od njihovog sastava i starosti.

Metoda kalijum-argon

Kalijum se može naći u Zemljinoj kori u velikim količinama. Jedan od njegovih izotopa, kalijum-40, radioaktivan je i raspada se u dva različita elementa ćerke, kalcijum-40 i argon-40. Ovo ne predstavlja problem, jer je odnos broja novonastalih atoma ova dva elementa dobro poznat i uvek konstantan – od svih novonastalih atoma 11,2% biće atomi argona-40, a preostalih 88,8% biće kalcijum-40. U nekim situacijama starost stena se određuje pomoću kalijum-kalcijum metoda, ali ovo nije čest slučaj jer se početni sadržaj kalcijuma teško određuje. Argon je, sa druge strane, gas. Kada se stena još nalazi u stanju tečne lave, svi gasovi teže da “pobegnu” na isti način kao što mehurići vazduha uvek izlaze na površinu vode. Kada lava očvrsne, argon koji nastaje od tog trenutka više ne može da izađe napolje. Na ovaj način kalijum-argonski “časovnik” počinje svoj rad onog trenutka kada data stena pređe u čvrsto stanje. U najprostijem slučaju sve što geolozi treba da urade za određivanje starosti uzorka stene jeste merenje odnosa kalijuma-40 i argona-40. Starost stene se potom može izračunati pomoću sledeće jednačine:

Međutim, u praksi se dešava da mala količina argona ostane zarobljena u steni tokom procesa otvrdnjavanja i ovaj argon je obično u obliku sitnih mehurića vazduha. Jedan procenat vazduha koji udišemo je argon. Svaka količina argona prisutna u steni u vidu mehurića vazduha, mora se uzeti u obzir prilikom određivanja starosti stene ako je dovoljno velika u poređenju sa radiogenskim argonom (tj. argonom nastalim procesima radioaktivnog raspada). Ovo će, po pravilu, biti slučaj ako starost stene nije velika (te nije bilo vremena da se generiše veća količina radiogenskog argona) ili ako je originalan sadržaj kalijuma bio relativno nizak. Za praktičnu upotrebu metode kalijum-argon neophodan je način za određivanje količine argona koji se nalazi u mehurićima vazduha zarobljenim u steni. Ovo se izvodi prilično lako jer i sam argon ima nekoliko izotopa od kojih je u prirodi najviše argona-36. Odnos dva izotopa, argona-40 i argona-36, u vazduhu je poznat i iznosi 295 (na svaki atom argona-40 dolazi 295 atoma argona-36), pa se starost stena lako određuje prostim merenjem ukupne količine argona i oduzimanjem količine argona-36.

Starost stena najbolje se određuje upotrebom nekoliko različitih metoda za datiranje istog uzorka. Iako je metoda kalijum-argon veoma jednostavna za upotrebu, mali je broj slučajeva kada njegovi rezultati nisu saglasni sa onim dobijenim putem drugih metoda. Ovo se obično dešava kada mehurići gasa zarobljeni u steni ne potiču od atmosferskog vazduha već dolaze iz duboke unutrašnjosti Zemlje. Ovako prisutan argon naziva se “siroče” jer ne potiče ni od raspadajućeg kalijuma ni od atmosferskog vazduha. U malom broju slučajeva kada se u steni zatekne “siroče” argon, obično se dobija starost veća od stvarne. Međutim, šezdesetih godina XX veka naučnici su pronašli rešenje ovog problema, odnosno usavršenu argon-argon tehniku datiranja o kojoj će biti reči u sledećem odeljku.

Metoda argon-argon

Iako je proteklo skoro pola veka od uvođenja ove tehnike u upotrebu, oni koji sumnjaju u pouzdanost radiometrijskih metoda datiranja retko o njoj raspravljaju. Koriste se potpuno isti elementi kao u metodi kalijum-argon, ali je način izračunavanja vremena (odnosno starosti stene) drugačiji. Umesto da nađe odnos ukupno prisutnog kalijuma i argona koji ne potiče iz mehurića vazduha, metoda argon-argon u stanju je da precizno utvrdi koliko je ukupnog argona nastalo radioaktivnim raspadom kalijuma.

U ovoj metodi uzorak stene postavlja se unutar nuklearnog reaktora gde ostaje nekoliko sati. Jezgro reaktora emituje veliki broj neutrona koji izazivaju radioaktivni raspad kalijuma-40 u argon-39. Argon-39 se ne nalazi kao slobodan u prirodi jer ima kratko vreme poluraspada od samo 269 godina (ovaj period ne utiče na tačnost metode argon-argon ako se merenje obavi u roku od približno pet godina nakon bombardovanja uzorka neutronima). Nakon postupka u reaktoru, uzorak stene postavlja se u peć gde se zagreva i oslobađa argon-40 i argon-39 koji se koriste za dalju analizu. Ideja je sledeća – ako se temperatura uzorka podiže u jednakim intervalima i ako oba izotopa, argon-40 i argon-39, potiču isključivo od radioaktivnog raspada, njihov odnos u oslobođenom gasu biće konstantan bez obzira na rast temperature. Ako je pak u uzorku prisutan argon-40 koji ne potiče iz raspada kalijuma-40 (zarobljen u mehurićima vazduha ili “siroče”) odnos dva izotopa neće biti konstantan i menjaće se sa porastom temperature. Ako se ovo ustanovi, uzorak se odbacuje i ne koristi za određivanje starosti stene.

Slika 2 pokazuje primer “dobrog” argon-argon uzorka. činjenica da je linija na dijagramu skoro horizontalna govori da praktično sav argon u uzorku potiče iz radioaktivnog raspada kalijuma, te da se ovaj uzorak može koristiti za pouzdano datiranje. Sadržaj kalijuma-40 može se odrediti množenjem sadržaja argona-39 faktorom koji zavisi od vremena koje je uzorak proveo u reaktoru. Kada je ovaj podatak poznat, položaj horizontalne linije u dijagramu pokazuje starost stene baziranu na standardnom postupku merenja odnosa kalijuma-40 i argona-40 (što je objašnjeno ranije u metodi kalijum-argon).

[size=-1][/size]

Postoje slučajevi u praksi kada metoda argon-argon ne može tačno da odredi starost stene, čak i ako se u njoj nalazi dovoljna količina kalijuma za analizu i ako je sama stena dovoljno stara. Ovo se obično dešava ako je stena u nekom trenutku svog postojanja, a nakon početnog očvršćavanja, prošla ponovo kroz process zagrevanja (obično preko 1000 °C) i hlađenja. Ukoliko se ovo dogodilo, sadržaj argona u steni biće poremećen i linija na dijagramu neće biti ravna niti horizontalna. Primer ovakvog dijagrama može se videti na Slici 3. Lako je uočljivo da nema ravnomerno horizontalnog dela linije, pa je i određivanje starosti nemoguće. U pojedinim slučajevima postoje dva različita horizontalna segmenta koji pokazuju dve starosti stene, onu kada se stena inicijalno formirala i onu kada je prošla kroz proces ponovnog zagrevanja i hlađenja. Važna činjenica vezana za metodu argon-argon je sledeća: Umesto da pokaže pogrešan rezultat, ova metoda će ukazati u kojim slučajevima je određivanje starosti nemoguće usled kontaminacije uzorka i takvi uzorci će biti odbačeni. Mnoge druge metode datiranja imaju ugrađene kontrolne mehanizme kojima se potvrđuje ili odbacuje pretpostavka o kontaminaciji uzorka, a neke od njih biće opisane u nastavku teksta.

[size=-1][/size]

Metoda rubidijum-stroncijum

Kod skoro svih metoda datiranja, izuzev u kalijum-argon i srodnoj argon-argon metodi, u uzorku kome se određuje starost postoji određena količina elementa-ćerke u trenutku kada se stena ohladila i očvrsnula. Upotreba ovih metoda stoga donekle nalikuje pokušaju da se kaže koliko je vremena prošlo od trenutka okretanja peščanog časovnika, ali pre nego što je sav pesak iscureo na dno. Postoje načini da se reši ovaj problem kod peščanog časovnika. Može se, na primer, napraviti skala na površini peščanika koja bi tačno označavala koliko peska je iscurelo do određenog trenutka te se tako može precizno meriti vreme. Veća preciznost dala bi se postići ako se u obzir uzme trenje između peska i stakla ili između samih zrnaca peska. Takođe, postoje pouzdani načini da se kaže koliko je elementa-ćerke bilo u datom uzorku u trenutku kada se data stena ohladila iz vulkanske lave.

U metodi rubidijum-stroncijum rubidijum-87 se radioaktivno raspada sa vremenom poluraspada od 48,8 milijardi godina i transformiše u stroncijum-87. Sam stroncijum ima nekoliko izotopa koji su stabilni i ne raspadaju se dalje. Odnos stroncijuma-87 i nekog od njegovih stabilnih izotopa, recimo stroncijuma-86, raste tokom vremena kako se sve više i više rubidijuma-87 pretvara u stroncijum-87. Međutim, u trenutku kada se stena formirala iz tečne lave svi njeni delovi imaju isti odnos stroncijum-87/stroncijum-86 jer su u tečnoj lavi ovi izotopi bili dobro izmešani. U isto vreme pojedini minerali koji sačinjavaju stenu će imati viši rubidijum/stroncijum odnos od drugih. Atom rubidijuma je veći od atoma stroncijuma tako se lakše smesti u kristalne rešetke pojedinih minerala, a teže kod drugih.

Na Slici 4 je dijagram kakav se koristi u određivanju starosti stena metodom rubidijum-stroncijum. Na njegovoj vertikalnoj osi vidi se odnos stroncijum-87/stroncijum-86, a na horizontalnoj osi je odnos rubidijum-87/stroncijum-86. U početku, svi minerali koji čine jednu stenu leže na horizontalnoj crvenoj liniji jer svi imaju isti odnos stroncijum-87/stroncijum-86, ali sa različitim odnosima rubidijum-87/stroncijum-86. Kako vreme prolazi i stena stari, svi uzorci se pomeraju naviše, ali nejednakom brzinom. Odnos stroncijum-87/stroncijum-86 raste, ali različito u različitim mineralima jer se, zbor različitog sadržaja rubidijuma, u nekima od njih stvara više stroncijuma-87, a u nekima manje. Ovaj porast obeležen je na dijagramu isprekidanim linijama sa strelicama čije su dužine proporcionalne odnosu stroncijum-87/stroncijum-86. Stoga će puna linija koja povezuje sve tačke od početnog horizontalnog položaja postajati sve strmija kako stena stari.

Sve kose linije koje se mogu konstruisati u različitim dobima starosti stene treba da prolaze kroz jednu zajedničku tačku koja leži na crvenoj horizontalnoj liniji (konstantan stroncijum-87/stroncijum-86 odnos) i to na njenom levom kraju. Ova tačka, gde je odnos rubidijum-87/stroncijum-86 jednak nuli, govori nam koliki je bio početni odnos stroncijum-87/stroncijum-86. Iz ovoga se može odrediti početni sadržaj stroncijuma-87 a to je ključni podatak za pravilno određivanje starosti date stene. Nagib linije na dijagramu rubidijum-stroncijum proporcionalan je starosti stene. Što je stena starija, linija na dijagramu biće strmija. Ako se nagib linije (odnosno tangens ugla) označi sa m, a vreme poluraspada rubidijuma sa h, starost stene t u godinama može se izračunati na sledeći način:

Za sistem elemenata s veoma dugim vremenom poluraspada, poput para rubidijum-stroncijum, vrednost nagiba linije m će biti relativno mala. Na primer, ako linija slična onoj na Slici 4, ima nagib m = 0,5110 (ova vrednost se može utvrditi vrlo precizno jer se odnos stroncijumovih izotopa meri s greškom manjom od jednog deset-hiljaditog dela) i ako znamo da je vreme poluraspada rubidijuma h = 48,8 milijardi godina, možemo izvesti sledeću racunicu:

[size=-1][/size]

[size=-1][/size]

Iako se metoda rubidijum-stroncijum smatra veoma pouzdanom, u veoma retkim slučajevima može doći do pogrešnog očitavanja. Jedan od mogućih uzroka pojave greške jeste datiranje stene koja sadrži pojedine minerale starije od osnovnog sastava. Ovo se obično događa kada magma dok teče u unutrašnjosti Zemlje pokupi i rastopi minerale stena kroz koje protiče. U najvećem broju ovakvih slučajeva dobar geolog može golim okom uočiti razliku između ovih tzv. “ksenolita” i ostatka stene sačinjenog od mlađih minerala. Ukoliko se slučajno ovakvi uzorci podvrgnu datiranju, neće se dobiti prava linija na dijagramu i to će biti dobar indikator o počinjenoj greški. Druga poteškoća u korišćenju metode rubidijum-stroncijum slična je onoj opisanoj u metodi argon-argon. Naime, ukoliko je stena u svoj geološkoj prošlosti prošla kroz proces metamorfoze, odnosno jedan ili više ciklusa ponovnog zagrevanja (ali ne i potpunog topljenja) i hlađenja dobijeni podaci o starosti izgledaće konfuzno i sve karakteristične tačke neće ležeti na pravoj liniji. Ako su se pojedini minerali u steni samo zagrejali do visoke temperature, a pojedini pak potpuno otopili, oni prvi davaće originalnu starost, a ovi drugi metamorfoznu. čim se ova konfuzija u podacima primeti, uzorak se odbacuje i ne koristi se za određivanje starosti.

Takođe, u nekoliko veoma retkih slučajeva metoda rubidijum-stroncijum dao je dijagram na kome sve tačke leže na pravoj liniji, ali sama linija ne pokazuje tačnu starost stene. Ovo se dešava kada lava od koje je stena nastala nije bila dobro izmešana pre nego što je očvrsnula tako da postoje dve smeše s različitim odnosom rubidijuma i strocnijuma. Kod jedne od njih ovaj odnos blizak je gornjem kraju linije (kao na Slici 4) dok je odnos rubidijuma i stroncijuma kod druge smeše bliži donjem kraju linije. U ovom slučaju svi minerali od kojih je sastavljena stena imaju u sebi ove dve smeše a ukupni sastav nalazi se negde između njih. Ovo se naziva “dvokomponentna linija mešanja” i izuzetno retko se sreće u praksi. U dosadašnjoj upotrebi metode rubidijum-stroncijum opisano je oko 30 ovakvih slučajeva od nekoliko desetina hiljada obavljenih merenja. Ako postoji sumnja da je tretirani uzorak dvokomponentna mešavina dobijeni rezultati moraju biti potvrđeni ili odbačeni ponovnim merenjem nekom drugom metododm datiranja. Saglasnost rezultata dobijenih pomoću nekoliko različitih mernih metoda, najbolji je način da se izbegnu moguće greške u određivanju starosti stena.

Metode samarijum-neodimijum, lutecijum-hafnijum i renijum-osmijum

Svi ovi postupci funkcionišu veoma slično metodi rubidijum-stroncijum. Svi koriste tri-izotopni sistem sličan onom sa Slike 4 za određivanje starosti stena. Od ove tri metode, samarijum-neodimijum se najčešće koristi u praksi. Metoda se zasniva na procesu radioaktivnog raspada samarijuma-147 u neodimijum-143 s vremenom poluraspada od 105 milijardi godina. Odnos izotopa-ćerke, neodmijuma-143, i drugog neodmijumovog izotopa, neodmijuma-144, predstavlja se na grafikonu nasuprot odnosu samarijuma-147 i neodmijuma-144. Ako sve karakteristične tačke merene iz različitih minerala iste stene padaju na jednu pravu liniju, može se odrediti nagib te linije a potom i starost stene upotrebom iste formule kao i u metodi rubidijum-stroncijum.

Metoda samarijum-neodimijum koristi se na stenama koje imaju nizak sadržaj kalijuma i rubidijuma pa je upotreba metoda poput kalijum-argon, argon-argon ili rubidijum-stroncijum otežana. Ova metoda se takođe pokazala otpornijom na poremećaje poput metamorfoznog zagrevanja i hlađenja, te se najčećše koristi za pojedine vrste metamorfoznih stena. Za istu stenu nagib linije u dijagramu samarijum-neodimijum biće manji nego onaj u dijagramu rubidijum-stroncijum, jer je vreme poluraspada u prvom slučaju znatno duže, ali ovo ne predstavlja poteškoću pošto se količina ovih izotopa u uzorku stene može izmeriti s velikom tačnošću od nekoliko desetohiljaditih delova. Iz ovoga sledi da se mogu datirati stene mlađe od jedne pedesetine vremena poluraspada koje imaju linije na grafikonu s relativno malim nagibom.

Metoda lutecijum-hafnijum koristi izotop lutecijum-176 koji se sa vremenom poluraspada od 38 milijardi godina raspada u hafnijum-176. Ova metoda je po mnogo čemu slična metodi samarijum-neodimijum jer se elementi i jednog i drugog često koncentrišu u istim mineralima. Metoda samarijum-neodimijum je unekoliko lakša za upotrebu, pa se češće koristi.

Metoda renijum-osmijum oslanja se na činjenicu da je koncentracija osmijuma u većini stena i minerala vrlo mala, tako da mala količina roditeljskog elementa renijuma-187 može da proizvede značajnu promenu u odnosu osmijumovih izotopa. Vreme poluraspada u ovom slučaju je 42 milijarde godina. Stabilni osmijumovi izotopi, osmijum-186 ili osmijum-188, koriste se kao treći član u tri-izotopnim sistemima kakvi su opisani u prethodnim metodama. Ova metoda je najčešće korišćena za datiranje stena meteorskog porekla s visokim sadržajem gvožđa, ali njegova upotreba se poslednjih godina proširuje i na ostale tipove stena zahvaljujući činjenici da je znatno usavršena oprema za merenje renijumovih i osmijumovih izotopa.

Uran-olovo i srodne metode


Metoda uran-olovo je najstarija poznata metoda datiranja stena. Prvi put je upotrebljena pre gotovo jednog veka – 1907. godine. Ovaj postupak je znatno složeniji od prethodno opisanih jer obuhvata nekoliko međusobno kombinovanih metoda datiranja. Uran se u prirodi uglavnom sastoji od dva izotopa: urana-235 i urana-238. Ovi izotopi se raspadaju s različitim vremenima poluraspada te proizvode olovo-207 i olovo-206. Još jedan izotop olova, olovo-208, dobija se raspadom torijuma-232. Olovo-204 je jedini stabilan izotop ovog elementa. Sistem uran-olovo poseduje jednu zanimljivu komplikaciju – nijedan od pomenutih izotopa olova ne potiče direktno od urana ili torijuma. Svi se dobijaju raspadanjem roditeljskog elementa preko serije posrednih izotopa koji imaju relativno kratko vreme poluraspada. Atomska masa svakog narednog izotopa manja je od njegovog prethodnika a proces se završava stvaranjem stabilnog olova.
Pošto su vremena poluraspada ovih posrednih izotopa kratka u poređenju sa vremenom poluraspada U-238, U-235 ili torijuma-232, oni, u opštem slučaju, ne utiču na postupak određivanja starosti stene ovom metodom. Ovo znači da se mogu dobiti tri nezavisne procene starosti uzorka merenjem sadržaja izotopa olova i njihovih roditeljskih elemenata. Ovde ćemo se pozabaviti datiranjem starih stena baziranom na U-238, U-235 i torijumu-232, a datiranje zasnovano na izotopima s kraćim vremenom poluraspada biće obrađeno kasnije.

Metoda uran-olovo, u svom osnovnom obliku i koristeći U-238, U-235 i torijum-232, pokazala se manje pouzdanom od mnogih drugih postupaka datiranja. Osnovni uzrok ovome je činjenica da se uran i olovo relativno teško zadržavaju u mineralima u kojima su prvobitno bili. Ipak, pošto metoda uran-olovo koristi tri nezavisna merna postupka, lako se utvrđuje da li je u geološkoj prošlosti uzorka došlo do narušavanja sadržaja pomenutih izotopa. Koristeći nešto složeniji matematički postupak nego u drugim metodama, različite kombinacije izotopa olova i roditeljskih elemenata mogu se predstaviti tako da se minimalizuje moguća greška usled gubitka olova. Jedan od ovih postupaka je tzv. olovo-olovo metoda kojom se može odrediti starost uzorka samo na osnovu izotopa olova. Neke od ostalih metoda čak omogućavaju da se utvrdi u kom trenutku u prošlosti je došlo do metamorfozne promene što je od posebnog interesa za geologe.

Starost Zemlje

Pozabavimo se sada starošću planete Zemlje i onim što nam metode datiranja govore o tome. Jasno je za početak kako je Zemlja stara najmanje onoliko koliko je stara najstarija pronađena stena. Najveća do sada utvrđena starost stene iznosi oko četiri milijarde godina. Međutim, samo mali deo svih zemaljskih stena je toliko star. Preko satelitskih snimaka i drugih merenja danas je poznato da se površina Zemlje neprekidno menja erozijom, zemljotresima, erupcijama i drugim geološkim procesima. Menjanje Zemljine površine dovodi do toga da pojedini slojevi nestaju i da ih zatrpavaju drugi slojevi tokom čega često dolazi do ponovnog topljenja pojedinih stena. Stoga bi moglo izgledati da nema stena koje su preživele od nastanka Zemlje do danas a da nisu makar jednom prošle kroz proces ponovnog topljenja, erozije ili metamorfoze. Ako se sledi samo ova linija dokaza, može se sa sigurnošću reći da je Zemlja stara najmanje četiri milijarde godina jer su toliko stare najstarije pronađene stene.

Kada su naučnici počeli sistematski da određuju starost stena meteorskog porekla, opazili su jednu zanimljivu činjenicu - gotovo svi uzorci ovih stena imali su skoro identičnu starost od 4,56 milijardi godina. Ovi meteori su delovi većih nebeskih tela zvanih asteroidi. Kada se asteroidi formiraju u svemiru, proces njihovog hlađenje je obično veoma brz (neki od njih se zapravo nikada i ne zagreju do visokih temperatura) tako da su sve meteorske stene formirane u rasponu od svega nekoliko miliona godina. Meteorske stene nikada nisu prošle kroz proces ponovnog topljenja ili proces metamorfoze tako da se s njihovim uzorcima dobijaju veoma precizni dijagrami za određivanje starosti. Uzorci za koje je utvrđeno da potiču od velikih meteora, nešto su mlađi od drugih. Mesec je veći i od najvećih asteroida i za većinu stena koju su astronauti doneli sa Meseca utvrđena je starost od 4.1 milijarde godina, mada ima primeraka starih 4,4-4,5 milijardi godina. Većina naučnika smatra da su sva nebeska tela u Sunčevom sistemu formirana u približno isto vreme. Dokazi dobijeni preko izotopa urana, torijuma i olova povezuju starost Zemlje sa starošću do sada pronađenih ostataka meteora; prema tim dokazima Zemlja je stara 4,5-4,6 milijardi godina.